KR100555517B1 - 스트레이 광 측정 방법 및 이를 위한 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

스트레이 광(stray light) 측정 방법 및 이를 위한 측정 시스템을 제시한다. 본 발명의 일 관점에 따른 방법은, 웨이퍼에 대해 노광 과정을 수행하고 웨이퍼가 도입될 위치에 도입될 이미지 센서(image sensor)를 포함하는 노광 장비를 이용한다. 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 중심에 광이 투과될 영역으로서 제1오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서 기준 패턴을 레티클(reticle) 상에 준비하고, 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 가장자리(edge)에 광이 투과될 영역으로서 제2오픈 영역을 제1오픈 영역의 형상과 동일한 형상 및 동일한 개수로 가지는 차광 영역으로서 측정 패턴을 레티클 상에 준비한다. 기준 패턴에 의해서 필터링(filtering)되어 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제1광의 세기를 이미지 센서로 측정하고, 측정 패턴에 의해서 필터링되어 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제2광의 세기를 측정한 후, 제1광 세기와 제2광 세기의 차이로서 노광 과정에서의 스트레이 광의 정도를 평가한다.
스트레이 광, 노광

Description

스트레이 광 측정 방법 및 이를 위한 측정 시스템{Method for measuring stray light and measuring system therefor}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레이 광 측정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레이 광 측정 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레이 광 측정에 도입된 측정 패턴 시스템을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레이 광 측정 방법에서 얻어지는 측정 감도 그래프를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 스트레이 광 측정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 스트레이 광 측정에 도입된 다크 패턴(dark pattern)을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7a는 본 발명의 제2실시예에 의한 다크 패턴을 이용한 스트레이 광 측정 방법에서 얻어지는 측정 감도 그래프를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7b는 본 발명의 제2실시예에 의한 스트레이 광 측정 방법에서 얻어지는 측정 감도 그래프를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 반도체 소자 제조에 사용되는 노광 장비에 관한 것으로, 특히, 노광 장비에서 스트레이 광(stray light)을 측정하는 방법 및 이를 위한 측정 시스템에 관한 것이다.
반도체 소자 제조에는 패턴을 웨이퍼(wafer) 상으로 전사하기 위한 다양한 형태의 노광 장비가 사용되고 있다. 이러한 노광 장비, 예컨대, 광 스캐너(photo scanner)를 이용하여 레티클(reticle)의 패턴을 웨이퍼 상으로 전사할 때, 스트레이 광에 의한 플레어(flare)가 소자에 큰 영향을 미친다고 알려져 있다. 따라서, 스트레이 광을 측정하고 이를 규명하는 방법은 매우 중요한 의미를 가진다.
스트레이 광을 측정하는 방법으로 현재 주로 이용되고 있는 방법으로, 특정 크기(size)의 다크 패턴(dark pattern)이 스트레이 광에 의해서 없어지는 노광 도즈(dose)를 측정함으로써 스트레이 광을 평가하는 방법, 예컨대, Kerk 방법을 예로 들 수 있다.
이러한 스트레이 광 측정 방법의 장점은 좁은 범위(short range)의 스트레이 광을 측정할 수 있는 데 있다. 또한, 다양한 크기의 다크 패턴들에 대해서 측정을 수행함으로써 산란되는 빛의 범위(range)를 구할 수 있다는 장점이 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 다크 패턴을 이용하는 방법은 레지스트에 대해서 기본 측정이 이루어져야 하는 데 기인하는 단점이 제시되고 있다.
즉, 웨이퍼에 대해서 노광을 수행한 후 웨이퍼 상의 노광된 레지스트층을 현미경으로 관찰하는 과정이 필수적으로 수행되어야 한다. 이에 따라, 측정 결과 데이터(data)를 얻는 데 적어도 수 시간이 필요하게 되며, 측정자에 따라 관측 결과가 달라질 수 있는 개연성이 있게 된다. 즉, 다크 패턴의 전사 유무에 대한 판단이 측정자에 의존하게 되므로, 측정자의 판단 모호성이 측정 결과 데이터들의 정확도에 큰 영향을 주게 된다. 따라서, 측정 정확도 또는 신뢰도가 떨어지게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 노광 장비에서 수 ㎛ 이내로 산란되는 스트레이 광에 의한 효과까지 측정할 수 있으며, 웨이퍼 및 레지스트를 사용하지 않고 보다 빠르고 효과적으로 스트레이 광을 측정하는 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 관점에 따른 스트레이 광 측정 방법은, 웨이퍼에 대해 노광 과정을 수행하고 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도입될 이미지 센서(image sensor)를 포함하는 노광 장비를 준비하는 단계, 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 중심에 광이 투과될 영역으로서 제1오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서 기준 패턴을 레티클 상에 준비하는 단계, 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 가장자리(edge)에 광이 투과 될 영역으로서 제2오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서 측정 패턴을 레티클 상에 준비하는 단계, 상기 기준 패턴에 의해서 필터링(filtering)되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제1광의 세기를 상기 이미지 센서로 측정하는 단계, 상기 측정 패턴에 의해서 필터링되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제2광의 세기를 상기 이미지 센서로 측정하는 단계, 및 상기 제1광 세기와 상기 제2광 세기의 차이로서 상기 노광 과정에서의 스트레이 광의 정도를 평가하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 다른 일 관점에 따른 스트레이 광 측정 방법은, 웨이퍼에 대해 노광 과정을 수행하고 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도입될 이미지 센서(image sensor)를 포함하는 노광 장비를 준비하는 단계, 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 중심에 광이 투과될 영역으로서 제1오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서 기준 패턴을 레티클 상에 준비하는 단계, 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 가장자리(edge)에 광이 투과될 영역으로서 제2오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서 측정 패턴을 레티클 상에 준비하는 단계, 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역을 적어도 내포하도록 차광 영역으로서 다크 패턴(dark pattern)을 광이 투과될 영역으로서 제3오픈 영역을 주변에 설정하도록 레티클 상에 준비하는 단계, 상기 기준 패턴에 의해서 필터링(filtering)되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제1광의 세기를 상기 이미지 센서로 측정하는 단계, 상기 측정 패턴에 의해서 필터링되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제2광의 세기를 상기 이미지 센서로 측정하는 단 계, 상기 다크 패턴에 의해서 필터링되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제3광의 세기를 상기 이미지 센서로 측정하는 단계, 및 상기 제1광 세기와 상기 제2광 세기의 차이로서 상기 노광 과정에서의 스트레이 광의 정도를 제1측정 범위에 대해 평가하고, 상기 제1측정 범위에 이어지고 상기 제1측정 범위에 비해 큰 제2측정 범위에 대해서 상기 제3광의 세기로서 상기 노광 과정에서의 스트레이 광의 정도를 평가하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 관점에 따른 스트레이 광 측정 방법을 수행하기 위한 스트레이 광 측정 시스템을 제공할 수 있다.
상기 스트레이 광 측정 시스템은, 노광 과정이 수행될 웨이퍼가 도입될 노광 장비 내의 위치에 도입될 이미지 센서(image sensor), 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 중심에 광이 투과될 영역으로서 제1오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서 기준 패턴, 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 가장자리(edge)에 광이 투과될 영역으로서 제2오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서 측정 패턴, 및 상기 이미지 센서로 측정된 상기 기준 패턴에 의해서 필터링(filtering)되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제1광의 세기 및 상기 측정 패턴에 의해서 필터링되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제2광의 세기를 수집하는 측정부를 포함하여 구성될 수 있다.
또는, 상기 스트레이 광 측정 시스템은, 노광 과정이 수행될 웨이퍼가 도입될 노광 장비 내의 위치에 도입될 이미지 센서(image sensor), 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 중심에 광이 투과될 영역으로서 제1오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서의 기준 패턴, 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 가장자리(edge)에 광이 투과될 영역으로서 제2오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서의 측정 패턴, 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역을 적어도 내포하고 광이 투과될 영역으로서 제3오픈 영역을 주변에 설정하도록 차광 영역으로서의 다크 패턴(dark pattern), 및 상기 이미지 센서로 측정된 상기 기준 패턴에 의해서 필터링(filtering)되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제1광의 세기, 상기 측정 패턴에 의해서 필터링되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제2광의 세기 및 상기 다크 패턴에 의해서 필터링되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제3광의 세기를 수집하는 측정부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 기준 패턴 및 상기 측정 패턴은 상호 독립적이되 동일한 레티클 상에 준비될 수 있다. 상기 다크 패턴 또한 독립적이되 상기 레티클 상에 준비될 수 있다.
또는, 상기 기준 패턴 및 상기 측정 패턴은 상호 독립적인 다른 레티클들 각각에 준비될 수 있다. 또한, 상기 다크 패턴은 독립적인 레티클 상에 준비될 수 있다.
상기 제1오픈 영역과 상기 제2오픈 영역은 동일한 형상을 가지도록 준비될 수 있다.
상기 제1오픈 영역의 폭은 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 폭에 비해 많아야 1/2 배 이하로 준비될 수 있다. 상기 제1오픈 영역의 폭은 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 폭에 비해 1/6 배 이하로 준 비될 수 있다.
예컨대, 상기 제1오픈 영역의 폭은 수 ㎛ 범위 내로 준비되고 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역은 수십 ㎛ 범위 내로 준비될 수 있다. 이때, 다크 패턴은 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당하는 영역에 비해 수 ㎛ 범위 내지 수십 ㎛ 범위 더 큰 크기로 준비될 수 있다.
상기 제1오픈 영역과 상기 제2오픈 영역은 동일한 개수로서 준비될 수 있다.
상기 제1오픈 영역이 다수 개 준비될 때 상기 제1오픈 영역들은 상기 제1오픈 영역의 폭 보다 작은 거리로 상호 이격되게 준비될 수 있다.
상기 제2오픈 영역은 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 테두리로부터 상기 제2오픈 영역의 폭 보다 작은 거리로서 이격되도록 준비될 수 있다.
상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역은 정사각형 형상으로 설정될 수 있다. 이때, 상기 제2오픈 영역은 상기 정사각형의 네 모서리에 각각 준비될 수 있다. 다크 패턴은 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 정사각형 형상을 내포하는 정사각형 형상으로 준비될 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 노광 과정에서 상기 웨이퍼에 대한 포커싱(focusing) 및 상기 웨이퍼의 정렬 상태를 감지하는 광 센서(photo sensor)로서 준비될 수 있다.
본 발명에 따르면, 노광 장비에서 수 ㎛ 이내로 산란되는 스트레이 광에 의한 효과까지 측정할 수 있으며, 웨이퍼 및 레지스트를 사용하지 않고 보다 빠르고 효과적으로 스트레이 광을 측정하는 방법을 제공할 수 있다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에서는 노광 장비의 웨이퍼 단에 웨이퍼가 장착되는 수위(level)과 대등한 레벨에 도입되는 광 센서인 이미지 센서(image sensor)를 이용하여 스트레이 광을 측정하는 방법을 제시한다. 웨이퍼 단에 도입되는 이미지 센서는 노광 장비에서 노광 시의 포커싱(focusing) 또는 웨이퍼의 정렬(alignment)을 위해서 도입되는 이미지 센서가 이용될 수 있다.
이러한 포커싱 또는 웨이퍼 정렬을 위한 이미지 센서를 이용하여 스트레이 광을 측정함으로써, 기존 노광 장비에 추가적인 부품의 도입 없이도 노광 시 스트레이 광의 정도를 측정하는 것이 가능하다. 따라서, 스트레이 광을 측정하기 위한 별도의 노광 장비의 구성을 새로이 구성할 필요가 없다.
그런데, 기존의 포커싱 또는 웨이퍼 정렬을 위해 도입된 이미지 센서는 광을 감지하는 영역의 크기가 대체적으로 수십 ㎛에 다다르고 있다. 이에 비해 측정하고자 하는 스트레이 광의 측정 범위는 불과 수 ㎛에 불과하다. 따라서, 기존의 이미지 센서를 이용하여 스트레이 광을 단순히 사각형의 다크 패턴을 도입하여 측정할 경우, 보다 구체적으로 설명하면, 사각형의 다크 패턴의 중심(center)에서 주변의 광이 투과되는 오픈(open) 영역에서 스트레이되어 들어오는 스트레이 광의 세기(intensity)를 측정하는 경우, 수 ㎛ 범위 이내로 산란되는 스트레이 광에 의한 효과는 측정할 수 없다.
이를 해결하기 위해서 본 발명의 실시예에서는 새로운 측정 패턴 시스템을 제시한다. 본 발명의 실시예에서 제시하는 측정 패턴 시스템은 이미지 센서의 감지 영역이 수십 ㎛ 이상의 크기일지라도 수 ㎛ 범위 이내로 산란되는 스트레이 광을 측정하는 것을 가능하게 유도한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레이 광 측정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레이 광 측정 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레이 광 측정에 도입된 측정 패턴 시스템을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 1, 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레이 광 측정 방법은 도 3a에 제시된 바와 같이 측정 패턴(230)과 기준 패턴(250)을 포함하는 스트레이 광 측정 패턴 시스템을 구현한 광 측정용 레티클(reticle)을 준비한다(도 1의 110).
도 3a에 제시된 바와 같이 광 측정용 레티클에 구현된 기준 패턴(250)과 측정 패턴(230)의 측정 패턴 시스템은, 도 2에 제시된 바와 같이, 노광 과정을 수행하는 노광 장비의 웨이퍼 단에 웨이퍼(500)가 도입되는 수위(501)와 대등한 수위에 설치된 광 센서로서의 이미지 센서(400)를 스트레이 광 측정에 이용하기 위해서 구성된다.
이러한 이미지 센서(400)는 노광 장비에서 웨이퍼 스테이지(wafer stage:550)가 설치되는 웨이퍼 단에 도입되는 데, 주로 노광 과정에서의 포커싱 또 는 웨이퍼(500)의 정렬을 위해서 도입된다. 이를 위해서, 이미지 센서(400)는 상대적으로 넓은 크기의 광을 감지하는 영역을 가지도록 구성된다. 즉, 포커싱이나 웨이퍼(500)의 정렬을 감지하기 위해서는 광을 감지하는 영역의 크기(또는 폭)가, 노광 장비에 따라 다르지만, 대략 수십 ㎛ 또는 그 이상에 다다르게 이미지 센서(400)가 구성된다. 따라서, 현재의 반도체 소자 제조 과정에서 요구되는 수 ㎛ 범위 내에서 산란되는 스트레이 광의 세기 등을 단순히 측정하는 데는 유용하지 못하다.
물론, 이러한 이미지 센서(400)를 상기한 바와 같이 수 ㎛ 범위 내에서 산란되는 스트레이 광을 측정하는 용도로만 이용되도록 구성할 수도 있다. 즉, 도 2의 이미지 센서(400)의 광을 감지하는 영역의 크기가 수 ㎛ 범위 정도가 되도록 이미지 센서(400)를 구성할 수도 있다.
그런데, 이러한 경우 광을 감지하는 영역의 크기가 수 ㎛ 범위 정도에 불과하여 이러한 이미지 센서(400)로서는 포커싱 또는 웨이퍼(500) 정렬을 위한 광의 감지에는 이러한 이미지 센서(400)가 이용되지 못한다. 따라서, 별도의 포커싱 또는 웨이퍼(500) 정렬을 위한 추가의 이미지 센서(도시되지 않음)를 도입해야 한다. 그런데, 센서가 포커싱 또는 웨이퍼(500) 정렬을 위한 추가의 이미지 센서를 도입하는 것은, 이러한 추가의 이미지 센서의 이동(movement) 및 정렬 등을 위한 구동 장치(도시되지 않음)가 추가로 도입되어야 함을 의미한다. 따라서, 이러한 추가의 이미지 센서를 도입하는 경우 전체 노광 장비의 구성이 매우 복잡해지게 된다.
따라서, 본 발명의 제1실시예에서는 도입되는 이미지 센서(도 2의 400)가 스 트레이 광 측정에 이용될 뿐만 아니라 기존의 포커싱 또는 웨이퍼(500) 정렬에 이용되도록 이미지 센서(400)의 광 감지 영역의 크기(또는 폭)를 상대적으로 크게, 즉, 레티클 수준에서 볼 때 대략 수십 ㎛ 범위가 되도록, 예컨대, 사각형의 영역을 고려할 때 한 변의 길이가 레티클 수준에서 볼 때 수십 ㎛가 되도록 이미지 센서(400)를 구성한다.
한편, 이와 같이 이미지 센서(400)의 광 감지 영역의 크기가 수십 ㎛가 되면,이러한 이미지 센서(400)에 의해서 감지되는 광 세기 데이터로서는 수 ㎛ 범위 이내에서, 보다 구체적으로는 1㎛ 내지 20 ㎛ 범위, 실질적으로는 10 ㎛ 정도의 범위 이내에서 산란되는 스트레이 광에 대한 영향을 평가할 수 없게 된다. 이를 해결하기 위해서, 도 3a 및 도 3b에 제시된 바와 같은 측정 패턴 시스템을 제시한다.
도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 측정 패턴 시스템은 측정 패턴(230)과 기준 패턴(250)으로 구분된 패턴들로 구성된다. 이러한 측정 패턴(230)과 기준 패턴(250)은 도 3a에 제시된 바와 같이 동일한 레티클(200)의 투명한 기판(210) 상에 구현될 수도 있고, 도 2에 개략적으로 도시한 바와 같이 서로 다른 레티클(200)의 투명한 기판(210) 상에 구현될 수도 있다. 서로 다른 레티클(200) 상에 측정 패턴(230)과 기준 패턴(250)이 따로 구현될 경우는 측정 과정에서 레티클(200)을 교환해주는 단계가 더 도입되고, 동일한 레티클(200) 상에 측정 패턴(230)과 기준 패턴(250)이 따로 구현될 경우는 이미지 센서(도 2의 400)의 위치를 이동하여 측정을 두 단계로 수행하는 단계가 도입된다.
측정 패턴(230)과 기준 패턴(250)은 모두 이미지 센서(도 2의 400)의 광 감 지 영역(204)에 해당되는 크기로 구현된다. 즉, 측정 패턴(230)과 기준 패턴(250)의 크기는 레티클(200) 상에서의 이미지 센서(도 2의 400)의 광 감지 영역(204)에 해당되는 크기를 기준으로 한다. 이때, 이미지 센서(도 2의 400)의 광 감지 영역(204)의 평면 형태는 정사각형인 것을 기준으로 고려하는 것이 바람직하다. 경우에 따라, 광 감지 영역(204)의 형태는 다른 다각형 또는 도형 형태로 구성될 수 있으나, 정사각형 형태인 것이 스트레이 광 측정의 감도(sensitivity)를 제고하는 데 유리하다.
측정 패턴(230)은 이미지 센서(400)의 광 감지 영역(204)의 가장 자리(edge),예컨대, 네 모서리 부분에 제1오픈 영역(203)을 가지는 레이아웃(layout)을 구현하는 다크 패턴, 즉, 차광 패턴으로 구성된다. 이러한 차광 패턴은 도 3a에 제시된 바와 같이 광 감지 영역(204) 바깥으로도 연장되어 고려 대상 영역인 광 감지 영역(204) 이외의 영역으로부터 스트레이되는 광의 영향을 배제하도록 한다.
이때, 제1오픈 영역(203)들 모두의 형상은 동일한 것이 바람직하며, 제1오픈 영역(203)은 도 2에 제시된 바와 같이 노광 장비의 광원으로부터의 제공되는 광이 투과되는 영역으로 이해될 수 있다. 그리고, 측정 패턴(230)을 구성하는 다크 패턴, 즉, 차광 패턴은 광이 차단되는 영역으로 이해될 수 있다. 제1오픈 영역(203)의 형상은 정사각형 형태일 수 있다.
한편, 제1오픈 영역(203)은 도 3a에 제시된 바와 같이 광 감지 영역(204)의 네 모서리에 배치되지만, 이러한 광 감지 영역(204)의 변으로부터는 일정 간격 이 격된 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 그리고, 이러한 제1오픈 영역(203)의 크기는 광 감지 영역(204)의 크기(또는 폭)에 비해 적어도 1/2 배보다 작게 구성된다. 예를 들어, 광 감지 영역(204)이 28㎛ × 28㎛의 크기일 경우 대략 4㎛ × 4㎛의 크기로 개개의 제1오픈 영역(203)을 구성할 수 있다. 즉, 제1오픈 영역(203)의 크기가 1/6.5 배 정도일 수 있다. 이 경우, 제1오픈 영역(203)은 광 감지 영역(204)의 변으로부터 제1오픈 영역(203)의 한 테두리 변의 크기 보다는 작은 거리로 이격되도록 구성된다. 예를 들어, 대략 1㎛ 정도 광 감지 영역(204)의 변으로부터 이격되게 제1오픈 영역(203)을 배치한다.
이와 같이 측정 패턴(230)을 구성하고, 이러한 측정 패턴(230)에 의한 측정 결과 데이터에 기준으로 사용할 기준 데이터를 측정하기 위해서, 측정 패턴(230)과 별도로 기준 패턴(250)을 구성한다. 기준 패턴(250)은 측정 패턴(230)을 구성하는 데 고려된 광 감지 영역(204)을 역시 고려한다. 즉, 기준 패턴(250)은 광 감지 영역(204)의 가운데에 제2오픈 영역(205)을 가지는 레이아웃(layout)을 구현하는 다크 패턴, 즉, 차광 패턴으로 구성된다. 이러한 차광 패턴은 도 3a에 제시된 바와 같이 광 감지 영역(204) 바깥으로도 연장되어 고려 대상 영역인 광 감지 영역(204) 이외의 영역으로부터 스트레이되는 광의 영향을 배제하도록 한다.
이때, 기준 패턴(250)의 제2오픈 영역(205)은 측정 패턴(230)의 제1오픈 영역(203)과 동일한 형상으로 형성되며, 이 경우, 제1오픈 영역(203)들의 개수와 동일한 개수로 형성된다. 즉, 도 3a에 제시된 바와 같이 제1오픈 영역(203)들이 정사각형의 광 감지 영역(204)의 네 모서리 부분에 위치하도록 배치되어 측정 패턴(230)이 구성될 경우, 제1오픈 영역(203)과 동일한 형상 및 크기, 개수로 제2오픈 영역(205)을 도입한다. 이때, 제2오픈 영역(205)들 간의 이격 거리는 매우 좁게, 즉, 제2오픈 영역(205)의 크기, 즉, 변의 길이 보다는 작은 거리, 예컨대, 대략 1㎛ 정도로 설정한다.
도 1을 다시 참조하면, 이와 같이 기준 패턴(250)과 측정 패턴(230)의 측정 패턴 시스템을 구성한 후, 이러한 측정 패턴 시스템을 노광 장비에 장착한 후(도 1의 120), 노광 장비의 가동으로 이러한 기준 패턴(250)과 측정 패턴(230)이 형성된 레티클(200)에 광을 제공한 후, 이러한 기준 패턴(250)과 측정 패턴(230)에 의해서 필터링(filtering)된 광 세기들을 웨이퍼 단에 위치하는 이미지 센서(400)를 통해 측정하여, 기준 및 측정 데이터들을 얻는다(도 1의 130 및 140).
구체적으로, 도 2에 제시된 바와 같이 전형적인 노광 장비에 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레이 광 측정 패턴 시스템이 구현된 측정용 레티클(200)을 장착한다. 그리고, 이러한 레티클(200)에 실제 노광 과정에 사용될 노광 조건의 광을 광원(도시되지 않음)으로부터 제공한다.
먼저, 측정용 레티클(200)의 기준 패턴(250) 부분에 의한 제1광 세기를 측정한다(도 1의 130). 측정용 레티클(200)에 입사된 광은 기준 패턴(250)에 의해서 차광 필터링되고, 제2오픈 영역(도 3a의 205)에 입사된 광만이 투과되게 된다. 이때, 제2오픈 영역(205)을 투과한 광은 산란되어 스트레이 광을 발생시키게 된다. 제2오픈 영역(205)을 투과한 광은 렌즈(lens) 시스템(300)에 의해서 축소되어 웨이퍼 단에 다다르게 된다.
일반적으로, 웨이퍼 단에는 웨이퍼 스테이지(550) 상에 올려진 웨이퍼(500)가 위치하게 되지만, 광 스트레이 측정에서는 웨이퍼 스테이지(550)는 이동되고, 웨이퍼 단에는 광 센서인 이미지 센서(400)가 웨이퍼 수위(501)와 동일한 수위에 위치하게 된다. 이때, 웨이퍼 수위(501)는 실재 노광 과정이 수행될 때의 웨이퍼(500)의 수위를 의미한다. 이미지 센서(400)에서 측정된 광 세기는 기준 패턴(250)에 의한 측정 결과 데이터로서의 제1광 세기로 인식되어 측정부(450)에 전달된다(도 1의 130).
이후에, 측정용 레티클(200)의 측정 패턴(230) 부분에 의한 제2광 세기를 측정한다(도 1의 140). 측정 패턴(230)과 기준 패턴(250)이 동일한 레티클(200) 상에 구현된 경우 이미지 센서(400)의 위치 이동에 의해서 이러한 두 측정 단계들(도 1의 130 및 140)은 순차적으로 수행될 수 있고, 측정 패턴(230)과 기준 패턴(250)이 다른 레티클(200)들 상에 각각 구현된 경우 레티클(200)의 교체에 의해서 이러한 두 측정 단계들(도 1의 130 및 140)은 순차적으로 수행될 수 있다.
측정용 레티클(200)에 입사된 광은 측정 패턴(230)에 의해서 차광 필터링되고, 제1오픈 영역(도 3a의 203)에 입사된 광만이 투과되게 된다. 이때, 제1오픈 영역(203)을 투과한 광은 산란되어 스트레이 광을 발생시키게 된다. 제1오픈 영역(203)을 투과한 광은 렌즈(lens) 시스템(300)에 의해서 축소되어 웨이퍼 단에 다다르게 된다. 웨이퍼 단에 위치하는 이미지 센서(400)는 이러한 광의 세기를 측정 패턴(230)에 의한 측정 결과 데이터로서의 제2광 세기로 측정부(450)에 전달된다(도 1의 140).
이러한 두 제1 및 제2광 세기들은 그 측정 값에 있어 차이가 있게 된다. 이는 실질적으로 이미지 센서(400)의 광 감지 영역(도 3a의 204)이 제한된 영역으로 설정되어 있기 때문이다. 즉, 이미지 센서(400)는 그 광 감지 영역(204)에 도달하는 광량 또는 도즈(dose)량 만을 감지하게 된다. 따라서, 기준 패턴(250)의 제2오픈 영역(205)과 제1오픈 영역(203)의 광 감지 영역(204)에 대한 위치의 차이에 따라 감지되는 광량 또는 도즈량이 차이 나게 된다. 이러한 도즈량 또는 광량의 차이는 결국 스트레이되는 광량에 의존하는 값으로 해석될 수 있다.
도 3b을 참조하면, 기준 패턴(250)의 제2오픈 영역(205)을 투과하여 웨이퍼 단의 웨이퍼 수준(501)에 도달한 제1광(650)은 가우시안(Gaussian) 분포를 따르는 제1광 세기 분포를 가지는 것으로 가정 또는 이해될 수 있다. 그런데, 제2오픈 영역(205)들은 이미지 센서(도 2의 400)의 광 감지 영역(204)의 중심에 배치되어 있고, 또한, 제2오픈 영역(205)들의 크기에 비해 광 감지 영역(204)의 크기는 매우 크므로, 광 감지 영역(204) 내에 전체 제1광의 가우시안 분포 범위가 실질적으로 포함되게 된다. 따라서, 이미지 센서(400)에 의해서 제2광 세기로 측정되는 값은 도 3b에 제시된 바와 같이 4 개의 제2오픈 영역(205)을 투과한 기준 광량으로 간주할 수 있다.
이에 비해, 측정 패턴(230)의 제1오픈 영역(203)을 투과하여 웨이퍼 단의 웨이퍼 수준(501)에 도달한 제2광(630)은 이미지 센서(400)에 의해서 일부분만이 감지하게 된다. 즉, 제2광(630) 또한 가우시안(Gaussian) 분포를 따르는 제1광 세기 분포를 가지는 것으로 이해될 수 있다.
제1오픈 영역(203)들의 전체 영역들의 합은 제2오픈 영역(205)들의 전체 영역들 합과는 동일한 범위를 가지므로, 실질적으로는 4개의 제1오픈 영역(203)들을 투과한 제2광(630)의 전체 광량은 4개의 제2오픈 영역(205)들을 투과한 제1광(650)과 동일한 광량으로 이해될 수 있다.
그런데, 제1오픈 영역(203)들은 이미지 센서(400)에서의 광 감지 영역(204)에 해당되는 영역의 네 모서리에 위치하고 있으므로, 제1오픈 영역(203)들을 투과한 제2광(630)의 일부 부분은 광 감지 영역(204)에 해당되지 않게 된다. 즉, 제2광의 가우시안 분포에서 테일(tail) 부분의 일부(635)는 광 감지 영역(204)을 벗어나게 되어 이미지 센서(400)에 의해서 감지되지 않게 된다. 따라서, 이러한 제2광(630)의 감지되지 않는 부분(635)에 해당되는 광량은 스트레이 광으로 간주될 수 있다. 따라서, (1광의 세기(또는 광량) 제2광의 세기(또는 광량))/제1광 세기(또는 광량)로 얻어지는 값은 기준에 대한 스트레이되는 광의 양을 의미하게 된다. 이에 따라, 스트레이 광의 정도를 계산할 수 있게 된다(도 1의 150).
한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 스트레이 광 측정의 감도(sensitivity)를 시뮬레이션(simulation)을 이용하여 계산하면, 도 4에 제시된 바와 같은 플레어 범위(flare range) 또는 가우시안 분포 범위(Gaussian distribution range)에 따른 측정 감도의 그래프(graph)를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레이 광 측정 방법에서 얻어지는 측정 감도 그래프를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4의 그래프는 도 3a 및 도 3b에 제시된 바와 같이, 광 감지 영역(204)이 28㎛ × 28㎛의 정사각형으로 설정되고, 제1오픈 영역(203) 및 제2오픈 영역(205)이 대략 4㎛ × 4㎛의 정사각형으로 설정되고, 제1오픈 영역(203)이 광 감지 영역(204)의 네 모서리부에 광 감지 영역(204)의 변으로부터 각각 1㎛ 이격되어 배치되고, 제2오픈 영역9205)가 광 감지 영역(204)의 중심에 배치된 측정 패턴 시스템에 대한 측정 감도를 시뮬레이션하여 계산한 결과를 보여준다.
이때, 광의 산란이 가우시안 분포를 따르고 있다고 가정한다. 이에 따라, 앞서 설명한 본 발명의 제1실시예에서와 같이 측정된 스트레이된 광의 광량 또는 그 정도는 가우시안 산포에 따른 기여 부분, 즉, 측정 감도로 분석될 수 있다. 즉, 측정된 광량은 여러 가우시안 산포 범위들에 대한 광량 값들의 합인 것으로 해석될 수 있는 데, 이러한 가우시안 산포 범위에 대한 감도는 시뮬레이션 분석 결과에 의해서 도 4에 제시된 바와 같이 도시된 바와 같은 분포 그래프로 제시된다.
도 4에 제시된 그래프에 따르면, 대략 가우시안 산포가 10 ㎛일 때, 즉, 플레어 범위가 10 ㎛ 또는 광의 산란 범위가 10 ㎛ 일 때, 산란되는 광을 측정하는 감도는 대략 0.49 정도로서 시뮬레이션된다. 또한, 그 이하 또는 그 이상의 가우시안 산포에서도 측정 감도가 의미 있는 값으로 얻어질 수 있음을 보여준다. 따라서, 도 4의 도시된 그래프는 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레이 광 측정 방법이 광이 스트레이되는 범위가 또는 광이 산란되는 범위가 대략 10 ㎛ 내외 일 때, 즉, 10 ㎛ 내외의 산포를 가지는 산란광에 대해서 측정 가능한 감도를 가지고 있음을 보여준다. 또한, 도 4에 제시된 그래프에 따르면 10 ㎛ 이하의 수 ㎛ 범위의 가우시안 산포 또는 플레어 범위에 대해서도 어느 정도 측정 가능한 감도를 구현할 수 있음을 보여준다.
이와 같이 본 발명의 제1실시예에 의한 스트레이 광 측정 방법은 수 ㎛ 내지 10 ㎛ 플레어 범위에서 의미 있는 측정 감도를 제공할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 도 4의 그래프에서 제시된 바와 같이 수십 ㎛의 플레어 범위에서는 그 측정 감도가 현저하게 감소한다. 따라서, 이를 보완하기 위해서, 10 ㎛ 플레어 범위 또는 수십 ㎛ 범위 또는 그 이상에서는 다크 패턴을 이용하여 스트레이 광 정도를 측정하는 방법을 제시한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 스트레이 광 측정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 스트레이 광 측정에 도입된 다크 패턴을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 측정용 레티클(200)의 투명한 기판(210) 상에 다크 패턴(270)을 구비하여 스트레이 광 측정 패턴 시스템을 구성한다(도 5의 510). 즉, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같은 측정 패턴(230)과 기준 패턴(250)과 함께 추가로 다크 패턴(270)을 준비하여 측정 패턴 시스템을 구성한다. 이때, 다크 패턴(270)은 측정 패턴(230) 또는/및 기준 패턴(250)과 동일한 레티클(200)의 투명한 기판(210) 상에 구현될 수도 있고, 또는, 다른 추가의 레티클의 투명한 기판(210) 상에 구현될 수도 있다.
이러한 다크 패턴(270)의 주위는 제3오픈 영역(207)이 주위를 둘러싸게 도입된다. 제3오픈 영역(207)은 도 2에 제시된 바와 같이 광이 측정용 레티클(200)에 입사될 때, 광이 투과될 영역으로 설정된다. 한편, 다크 패턴(270)은 입사된 광을 차광하는 영역으로서 설정되고, 그 크기는 광 센서로서의 이미지 센서(도 2의 400)의 광 감지 영역(204)을 그 영역 내에 포함하도록 광 감지 영역(204) 보다 큰 크기로 설정되는 것이 바람직하다.
이러한 다크 패턴(270)을 이용하여, 다크 패턴(270)의 주변을 둘러싸는 제3오픈 영역(207)으로부터 다크 패턴(270)에 해당되는 영역 내로 들어오는 스트레이 광을, 이미지 센서(400)에 감지되는 광량으로 측정할 수 있다. 제3오픈 영역(270)으로부터 들어오는 제3광(670)은 가우시안 분포를 따르는 광으로 가정할 수 있으며, 이에 따라, 이미지 센서(400)에 감지되는 광량 또는 도즈량은 도 6에 제시된 바와 같이 다크 패턴(270)으로 스트레이되는 부분 중 이미지 센서(204) 영역으로 들어오는 부분(675)에 해당되게 된다. 따라서, 다크 패턴(270)의 크기가 클수록 이미지 센서(204)에서 감지되는 스트레이되는 부분(675)은 보다 큰 가우시안 분포에 해당되게 되게 된다. 이는 다크 패턴(270)의 크기가 클수록 보다 큰 가우시안 분포, 즉, 플레어 범위에서 유용한 측정 감도를 얻을 수 있다는 것을 의미한다.
이와 같이 측정되는 스트레이 광량으로부터 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이 플레어 범위 또는 가우시안 산포에 따른 측정 감도의 그래프를 시뮬레이션을 통해 구할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 제2실시예에 의한 다크 패턴을 이용한 스트레이 광 측정 방법에서 얻어지는 측정 감도 그래프를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7b는 본 발명의 제2실시예에 의한 스트레이 광 측정 방법에서 얻어지는 측 정 감도 그래프를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7a을 참조하면, 도 6에 제시된 바와 같은 다크 패턴(270)을 이용하여 이미지 센서(400)에서 측정되는 스트레이 광의 광량을 바탕으로 시뮬레이션한 측정 감도 그래프는, 다크 패턴(270)을 이용하는 측정 방법의 측정 감도가 대략 10㎛ 보다 큰 플레어 범위, 즉, 가우시안 산포에서 의미 있는 값을 나타냄을 보여준다.
도 7a에 제시된 그래프들 중 #3 내지 #7에 해당되는 그래프들은 도 6에 제시된 바와 같은 다크 패턴(270)을 이용하여, 다크 패턴(270) 내로 스트레이되는 광의 광 세기(또는 광량 또는 도즈량)를 측정하고, 이를 바탕으로 산란 광이 가우시안 분포를 따르고 있다고 가정하여, 시뮬레이션한 결과의 그래프들이다. 즉, 도 4을 참조하여 설명한 바와 같이 측정된 광량은 여러 가우시안 산포 범위들에 대한 광량 값들의 합인 것으로 해석될 수 있는 데, 이러한 가우시안 산포 범위에 대한 감도는 시뮬레이션 분석 결과에 의해서 도 7a의 #3 내지 #7의 그래프들과 같이 제시될 수 있다.
이때, 광 감지 영역(204)은 제1실시예에서와 마찬가지로 대략 28㎛ × 28㎛의 크기일 경우로 설정되고, 다크 패턴(270)의 크기는 #3의 그래프의 경우 28㎛ × 28㎛의 크기의 정사각형 패턴의 다크 패턴(270)일 경우, #4의 그래프의 경우 30㎛ × 30㎛의 크기의 정사각형 패턴, #5의 그래프의 경우 33㎛ × 33㎛의 크기의 정사각형 패턴, #6의 그래프의 경우 48㎛ × 48㎛의 크기의 정사각형 패턴, #7의 그래프의 경우 108㎛ × 108㎛의 크기의 정사각형 패턴의 다크 패턴(270)일 경우에 시뮬레이션으로 얻어지는 측정 감도 그래프들이다.
이러한 #3 내지 #7의 그래프들을 참조하면, 측정 감도가 대부분 10㎛보다 큰 플레어 범위에서 어느 정도 의미 있는 값으로 얻어짐을 알 수 있다. 이러한 그래프들과 도 4에 제시된 그래프를 비교하면, 도 4의 그래프의 측정 감도 값의 2배에 해당되는 값이 이러한 #3 내지 #7의 그래프들에 제시된 측정 감도 값에 대등한 값으로 이해된다. 이는 도 4의 그래프를 얻는 데 이용된 측정 패턴(230)의 경우에 (제1광 세기-제2광 세기)/제1광 세기의 식으로서 얻어진 광량에 대해서 측정 감도가 시뮬레이션되는 것을 바탕으로 이해될 수 있다.
즉, 측정되는 광량 중 제1광 세기의 광량은 제2오픈 영역(203)이 광 감지 영역(20)의 네 모서리에 위치함에 따라 그 기하학적 영향에 의해서 도 6에 제시된 바와 같은 다크 패턴(670)으로 스트레이되는 광량에 비해 1/2배에 불과하기 때문이다. 따라서, 도 4의 측정 감도의 2배에 해당되는 값이 실질적으로 도 7a에 제시된 측정 감도 값에 대등한 값으로 이해되는 것이 바람직하다.
이러한 관점에서 도 4의 그래프와 도 7a의 #3 내지 #7의 그래프들을 비교하면, 서로 보완적인 역할을 할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 대략 10㎛ 플레어 범위(또는 가우시안 산포) 정도를 기준으로 볼 때, 대략 10㎛ 내지 그 내외의 플레어 범위에서는 제1실시예에서 설명한 바와 같은 측정 패턴(230) 및 기준 패턴(250)을 이용한 스트레이 광 측정 방법이 유용하고, 그 보다 큰 플레어 범위에서는 도 6에 제시된 바와 같은 다크 패턴(270)을 이용한 스트레이 광 측정 방법이 유용함을 알 수 있다.
이와 같은 관점에서 도 4의 그래프와 도 7a의 #4의 그래프를 합쳐 새로운 그 래프를 구성하면 도 7b에 제시된 바와 같은 측정 감도 그래프를 얻을 수 있다. 도 7b의 그래프는 도 4의 그래프에 제시된 측정 감도 값들의 2배에 해당되는 값에 도 7b의 #4의 그래프를 구성하는 측정 감도 값들 함께 제시한 후 합쳐서 구성한 그래프이다.
도 7b에 제시된 그래프에 따르면, 제1실시예에서 설명한 바와 같은 측정 패턴(230) 및 기준 패턴(250)을 이용한 스트레이 광 측정 방법과 도 6에 제시된 바와 같은 다크 패턴(270)을 이용한 스트레이 광 측정 방법을 순차적으로 함께 사용함으로써, 수 ㎛ 플레어 범위로부터 수십 ㎛ 이상의 플레어 범위에 이르기까지 측정 감도가 유용한 스트레이 광 측정 방법을 제시할 수 있다.
도 7a를 다시 참조하면, 도 7a의 #1 및 #2의 그래프들은 종래의 웨이퍼 상에 특정 크기의 다크 패턴을 전사하고 이러한 다크 패턴이 없어지는 노광 도즈(dose)를 측정함으로써 스트레이 광을 평가하는 방법, 예컨대, Kerk 방법에 의해서 얻어지는 측정 감도 그래프들이다. #1의 경우 다크 패턴의 크기를 5㎛ × 5㎛로 설정한 경우이고, #2의 경우 다크 패턴의 크기를 20㎛ × 20㎛로 설정한 경우이다. #1의 그래프의 경우 수 ㎛ 내지 수 십 ㎛의 플레어 범위에서도 유용한 측정 감도를 얻을 수 있음을 보여준다. 그럼에도 불구하고, 이러한 레지스트를 기반으로 하는 평가 방법은 여러 문제가 있을 수 있다.
도 7b의 그래프를 도 7a의 #1의 그래프와 비교하면, 도 7b의 그래프는 실질적으로 도 7a의 #1의 그래프와 유사한 형태를 구현하고 있음을 알 수 있다. 이는 곧 본 발명의 실시예들에 의한 스트레이 광 측정 방법으로도, 매우 복잡한 과정을 거쳐 얻어지는 종래의 경우에 비해 보다 효과적으로, 수 ㎛ 내지 수 십 ㎛의 플레어 범위에서 유용한 측정 감도를 구현할 수 있음을 의미한다.
한편, 도 7b의 #3 내지 #7의 그래프들을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 다크 패턴을 이용하는 스트레이 광 측정의 경우, 다크 패턴(270)의 크기가 커질수록 보다 큰 플레어 범위에서 유용하고, 다크 패턴(270)의 크기가 작을수록 보다 작은 플레어 범위에서도 유용할 수 있음을 보여준다. 그럼에도 불구하고, 이러한 다크 패턴(270)의 크기는 이미지 센서(400)의 광 감지 영역(204)보다는 작아지는 것은 바람직하지 않다. 또한, 이미지 센서(400)가 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 수 ㎛ 크기로 작아질 경우, 이러한 이미지 센서(400)를 노광 과정에서의 포커싱 또는 웨이퍼(500)의 정렬 등에 이용할 수 없게 되어 불리한 점이 발생하게 된다.
결론적으로 본 발명의 제2실시예에 의한 스트레이 광 측정 방법은, 먼저, 도 5에 제시된 바와 같이, 측정 패턴(도 3a의 230) 또는/및 기준 패턴(도 3a의 250) 또는/및 다크 패턴(도 6의 270)을 가지는 스트레이 광 측정용 패턴 시스템을 구비한 스트레이 광 측정용 레티클(도 2의 200)을 준비한다(510). 그리고, 측정용 레티클(200)을 광 센서로서 이미지 센서(400)가 웨이퍼 단에 도입되도록 구성된 노광 장비에 장착한다(520), 그리고, 제1실시예에서 설명한 바와 같이 기준 패턴(250) 및 측정 패턴(230)을 이용하여 기준 패턴(250)에 의해 필터링된 제1광 세기를 측정하고(530), 측정 패턴에 의해서 필터링된 제2광 세기를 측정한다(540).
그리고, (제1광 세기-제2광 세기)/제2광 세기로서 스트레이 광의 광량 또는 도즈량로서의 광 세기 정도를 계산함으로써 제1플레어 범위에서의 스트레이 광의 정도를 계산할 수 있다(550). 플레어 범위가 수 ㎛ 내지 10 ㎛ 내외의 제1플레어 범위에 대한 스트레이 광 정도 또는 측정 감도 값을 얻을 수 있다.
그리고, 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이 다크 패턴에 의해 필터링된 제3광 세기를 광 센서로서의 이미지 센서(400)로 측정함으로써(560), 제1플레어 범위 보다 큰 범위인 제2플레이 범위, 예컨대, 10 ㎛ 내지 수십 ㎛ 이상의 범위에서의 스트레이 광의 정도 또는 측정 감도 값을 얻을 수 있다(570).
이상, 본 발명을 구체적인 실시예들을 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능한 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따르면, 노광 장비의 웨이퍼가 설치되는 위치에 도입되는 광 센서 또는 이미지 센서를 이용하여 측정 패턴과 기준 패턴을 투과한 광들의 세기를 측정하여 비교함으로써, 수 ㎛ 범위 이내로 산란되는 광의 양 또는 정도를 측정할 수 있다. 이러한 스트레이 광 측정 방법은 스트레이 광의 평가를 이미지 센서에 감지되는 광의 세기를 바탕으로 하고 있어, 빠른 측정과 높은 정확성 및 재연성을 수반하는 장점을 가진다. 따라서, 웨이퍼 및 레지스트의 도입이 측정에 요구되지 않으며, 레지스트를 바탕으로 하는 종래의 측정 방법에 비해 측정자에 따른 데이터 의존성을 배제할 수 있다.
측정 패턴과 기준 패턴에서 각각 필터링된 광의 세기의 차이로부터 스트레이 광의 정도를 측정함으로써, 이미지 센서에서 광을 감지하는 영역에 비해 매우 작은 범위 내에서 산란되는 스트레이 광을 측정할 수 있다. 즉, 이미지 센서의 광 감지 영역이 수십 ㎛일지라도 수 ㎛ 범위 이내의 산란광에 의한 플레어 효과를 측정 평가할 수 있다.
아울러, 측정 패턴과 기준 패턴을 이용하는 스트레이 광의 제1측정과 다크 패턴을 이용한 스트레이 광의 제2측정을 수행함으로써, 수 ㎛에서 수십 ㎛ 이상의 범위에까지 측정 감도가 유효한 스트레이 광 측정 방법을 제공할 수 있다. 이러한 측정 방법은 공통적으로 이미지 센서를 이용한 필터링된 광 세기의 측정을 기본으로 함으로써, 그 측정의 수행이 용이하고 또한 측정 결과가 정확하고 재연성이 있어 높은 신뢰성을 제공할 수 있다.
한편, 이러한 이미지 센서는 반도체 소자 노광 공정에서 요구되는 웨이퍼에 대한 노광 포커싱 또는 웨이퍼 정렬에 이용되는 이미지 센서를 직접적으로 이용할 수 있다. 따라서, 스트레이 광 측정을 위해 노광 장비의 기본 구성을 새로운 추가하여 재구성할 필요가 없다. 이는 결국 스트레이 광 측정이 경제적인 관점에서도 높은 효용성을 가진다는 것을 의미한다.

Claims (24)

  1. 웨이퍼에 대해 노광 과정을 수행하고 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도입될 이미지 센서(image sensor)를 포함하는 노광 장비를 준비하는 단계;
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 중심에 광이 투과될 영역으로서 제1오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서 기준 패턴을 레티클 상에 준비하는 단계;
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 가장자리(edge)에 광이 투과될 영역으로서 제2오픈 영역을 상기 제1오픈 영역의 형상과 동일한 형상 및 동일한 개수로 가지는 차광 영역으로서 측정 패턴을 레티클 상에 준비하는 단계;
    상기 기준 패턴에 의해서 필터링(filtering)되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제1광의 세기를 상기 이미지 센서로 측정하는 단계;
    상기 측정 패턴에 의해서 필터링되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제2광의 세기를 상기 이미지 센서로 측정하는 단계; 및
    상기 제1광 세기와 상기 제2광 세기의 차이로서 상기 노광 과정에서의 스트레이 광의 정도를 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 패턴 및 상기 측정 패턴은 상호 독립적이되 동일한 레티클 상에 준비되는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 패턴 및 상기 측정 패턴은 상호 독립적인 다른 레티클들 각각에 준비되는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1오픈 영역의 폭은 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 폭에 비해 많아야 1/2 배 이하로 준비되는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1오픈 영역의 폭은 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 폭에 비해 1/6 배 이하로 준비되는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1오픈 영역의 폭은 수 ㎛ 범위 내로 준비되고 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역은 수십 ㎛ 범위 내로 준비되는 것을 특징으로 하는 광 스트레이 측정 방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1오픈 영역이 다수 개 준비될 때 상기 제1오픈 영역들은 상기 제1오픈 영역의 폭 보다 작은 거리로 상호 이격되게 준비되는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2오픈 영역은 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 테두리로부터 상기 제2오픈 영역의 폭 보다 작은 거리로서 이격되도록 준비되는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역은 정사각형 형상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2오픈 영역은 상기 정사각형의 네 모서리에 각각 준비되는 것을 특징 으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 상기 노광 과정에서 상기 웨이퍼에 대한 포커싱(focusing) 및 상기 웨이퍼의 정렬 상태를 감지하는 광 센서(photo sensor)로서 준비되는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  14. 웨이퍼에 대해 노광 과정을 수행하고 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도입될 이미지 센서(image sensor)를 포함하는 노광 장비를 준비하는 단계;
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 중심에 광이 투과될 영역으로서 제1오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서 기준 패턴을 레티클 상에 준비하는 단계;
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 가장자리(edge)에 광이 투과될 영역으로서 제2오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서 측정 패턴을 레티클 상에 준비하는 단계;
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역을 적어도 내포하도록 차광 영역으로서 다크 패턴(dark pattern)을 광이 투과될 영역으로서 제3오픈 영역을 주변에 설정하도록 레티클 상에 준비하는 단계;
    상기 기준 패턴에 의해서 필터링(filtering)되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제1광의 세기를 상기 이미지 센서로 측정하는 단계;
    상기 측정 패턴에 의해서 필터링되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제2광의 세기를 상기 이미지 센서로 측정하는 단계;
    상기 다크 패턴에 의해서 필터링되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제3광의 세기를 상기 이미지 센서로 측정하는 단계; 및
    상기 제1광 세기와 상기 제2광 세기의 차이로서 상기 노광 과정에서의 스트레이 광의 정도를 제1측정 범위에 대해 평가하고, 상기 제1측정 범위에 이어지고 상기 제1측정 범위에 비해 큰 제2측정 범위에 대해서 상기 제3광의 세기로서 상기 노광 과정에서의 스트레이 광의 정도를 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1오픈 영역과 상기 제2오픈 영역은 동일한 형상을 가지도록 준비되는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1오픈 영역의 폭은 수 ㎛ 범위 내로 준비되고 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역은 수십 ㎛ 범위 내로 준비되는 것을 특징으로 하는 광 스트레이 측정 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1오픈 영역과 상기 제2오픈 영역은 동일한 개수로서 준비되는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역은 정사각형 형상으로 설정되고,
    상기 제2오픈 영역은 상기 정사각형의 네 모서리에 각각 준비되는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 다크 패턴은 상기 정사각형 형상을 내포하는 정사각형 형상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역은 수십 ㎛ 범위 내로 준비되고 상기 다크 패턴은 상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역 보다 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 큰 크기로 준비되는 것을 특징으로 하는 광 스트레이 측정 방법.
  21. 노광 과정이 수행될 웨이퍼가 도입될 노광 장비 내의 위치에 도입될 이미지 센서(image sensor);
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 중심에 광이 투과될 영역으로서 제1오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서 기준 패턴;
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 가장자리(edge)에 광이 투과될 영역으로서 제2오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서 측정 패턴; 및
    상기 이미지 센서로 측정된 상기 기준 패턴에 의해서 필터링(filtering)되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제1광의 세기 및 상기 측정 패턴에 의해서 필터링되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제2광의 세기를 수집하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 이미지 센서는 수십 ㎛ 범위의 상기 감지 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1오픈 영역과 상기 제2오픈 영역은 동일한 형상을 가지고 수 ㎛ 범위의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 시스템.
  24. 노광 과정이 수행될 웨이퍼가 도입될 노광 장비 내의 위치에 도입될 이미지 센서(image sensor);
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 중심에 광이 투과될 영역으로서 제1오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서의 기준 패턴;
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역의 가장자리(edge)에 광이 투과될 영역으로서 제2오픈 영역을 가지는 차광 영역으로서의 측정 패턴;
    상기 이미지 센서의 광 감지 영역에 해당되는 영역을 적어도 내포하고 광이 투과될 영역으로서 제3오픈 영역을 주변에 설정하도록 차광 영역으로서의 다크 패턴(dark pattern); 및
    상기 이미지 센서로 측정된 상기 기준 패턴에 의해서 필터링(filtering)되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제1광의 세기, 상기 측정 패턴에 의해서 필터링되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제2광의 세기 및 상기 다크 패턴에 의해서 필터링되어 상기 웨이퍼가 도입될 위치에 도달하는 제3광의 세기를 수집하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트레이 광 측정 시스템.
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